Способ улучшения калийного питания и повышения урожайности яровой пшеницы

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ КАЛИЙНОГО ПИТАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ УРОЖАЙНОСТИ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ(71) Заявитель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(72) Авторы Михайловская Наталья Алексеевна Черныш Андрей Феликсович Шкуринов Петр Иванович(73) Патентообладатель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(56) МИХАЙЛОВСКАЯ Н.А. и др. Современные проблемы повышения плодородия почв и защиты их от деградации Материалы Международной научно-практической конференции. - Мн., 2006. - С. 170-172. МИХАЙЛОВСКАЯ Н.А. Приемы повышения плодородия почв и эффективности удобрений в современных условиях Материалы международной научнопрактической конференции. - Мн., 2007. С. 134-137. МИХАЙЛОВСКАЯ Н.А. // Весц Нацыянальнай акадэм навук Беларус. Серыя аграрных навук. - 2006. -3. - С. 41-46. МИХАЙЛОВСКАЯ Н.А. и др. Почвоведение и агрохимия Сборник научных трудов, 2004. - Вып. 33. - С. 185-192. БРУЙ И.Г. и др. Проблемы питания растений и использование удобрений в современных условиях Материалы международной научно-практической конференции. - Жодино, 2000. - С. 62-67. Справочник агрохимика. - Мн Белорусская наука, 2007. - С. 184-187, 294-296.2035507 1, 1995.9083 1, 2007.(57) Способ улучшения калийного питания и повышения урожайности яровой пшеницы при выращивании на дерново-подзолистых почвах, в том числе эродированных, включающий бактеризацию семян и внесение органических и минеральных удобрений, отличающийся тем, что бактеризацию семян осуществляют смесью, содержащей из расчета на тонну семян 1 л жидкого препарата штаммаБИМ В-376 Д с титром 108-109 кл/мл, 1-2 л раствора прилипателя и 3-4 л воды. Изобретение относится к сельскохозяйственной биотехнологии, в частности связано с применением калиймобилизующих бактерий при возделывании яровой пшеницы на дерново-подзолистых почвах, в том числе подверженных эрозионной деградации, и может быть использовано в сельском хозяйстве. Повышение продукционной способности эродированных почв является приоритетной задачей. Эрозия представляет серьезную экологическую проблему для сельского хозяйства. Эрозионные процессы приводят к деградации почв и снижению их производительной способности вследствие потерь тонкодисперсной фракции почвы, гумуса и элементов пи 13071 1 2010.04.30 тания. На пахотных землях ежегодно с одного гектара водосборной площади с поверхностным стоком смывается или выносится ветром в среднем до 10-15 т твердой фазы почвы,150-180 кг гумусовых веществ, безвозвратно теряется до 10 кг азота, 4-5 кг фосфора и калия, что отрицательно влияет на производительную способность эродированных почв. В среднем недоборы урожаев зерновых культур на почвах, подверженных эрозии, составляют 12-401. В настоящее время активно развиваются исследования по разработке эффективных мер защиты почв. Проблема рационального использования эрозионноопасных почв требует прогрессивных и разносторонних подходов к ее решению. В настоящее время актуально использование достижений биотехнологии, которая может обеспечить как экологические,так и экономические преимущества. Резервом улучшения калийного питания растений на эродированных почвах является микробная мобилизация почвенных запасов калия, которые достаточно велики. Удельный вес калия в разных типах почв колеблется от 0,5 до 3 . В глинистых и суглинистых почвах содержится 2-2,5 калия 2. Учитывая значительные запасы валового калия в дерново-подзолистых суглинистых почвах, обеспечение части потребностей растений за счет повышения доступности запасов почвенного калия экологически обосновано. Калий входит в состав первичных (полевые шпаты, слюды, кварц) и вторичных минералов (гидрослюды, монтмориллонит, каолинит) 3. Однако почвенный калий в форме калийалюмосиликатов, составляющий 98-99 валового калия почвы, не доступен для растений. Почвенный калий становится доступным для питания растений только после воздействия биологических и химических факторов. Биологическая мобилизация калия представляет важный резерв улучшения калийного питания 4. Альтернативные источники калия и эффективное использование потенциала ризосферных калиймобилизующих микроорганизмов являются важными факторами оптимизации минерального питания и повышения урожайности зерновых культур на эродированных почвах. Применение биотехнологии позволяет повысить доступность запасов почвенного калия для растений. Калий - один из важнейших биогенных элементов, необходимых для питания растений. Несмотря на то, что калий не входит в состав органических соединений растений, он выполняет важнейшие физиологические функции 5. Поэтому при дефиците калия отмечается множество нарушений в процессах обмена веществ у растений, приводящих к снижению продуктивности культур и качества урожая. Известно, что основные агрохимические приемы повышения урожайности зерновых культур на эродированных почвах - это применение органоминеральной системы удобрения с повышенными дозами органики 1. Целью изобретения является улучшение калийного питания и повышение урожайности яровой пшеницы на дерново-подзолистых почвах, сформированных на легких лессовидных суглинках (в том числе эродированных). Цель достигается за счет использования биологических механизмов улучшения калийного питания и стимуляции роста растений. Наиболее близким техническим решением является технология возделывания яровой пшеницы на дерново-подзолистых суглинистых почвах, которая включает применение органоминеральной системы удобрения. Рекомендуемая доза азотных удобрений составляет в среднем 70-80, дозы фосфорных и калийных удобрений дифференцируются в зависимости от содержания 25 и 2 в почве. Для почв, на которых проведены наши исследования, рекомендуемые дозы фосфорных удобрений составляют Р 50-60, калийных удобрений - 90-110 6. Поставленная задача решается тем, что для улучшения калийного питания, снижения дозы калийных удобрений и повышения адаптивного потенциала растений предложена 2 13071 1 2010.04.30 дополнительная предпосевная бактеризация семян яровой пшеницы рабочей смесью, состоящей из 1 л жидкого препарата калиймобилизующих бактерийБИМ В-376 Д, 1-2 л раствора прилипателя и 3-4 л воды из расчета на 1 т семян, что позволяет снизить дозу калия в составе полного минерального удобрения . Применениедает возможность вносить пониженные дозы калийных удобрений и компенсировать дефицит калия за счет мобилизации его почвенных запасов. Не менее важным фактором для получения высокой урожайности на эродированных почвах является повышение адаптивного потенциала растений, которое также является результатом бактеризации семян(см. пример 2). Преимущество предлагаемого решения - экологическая безопасность, так как используется природный штамм, что исключает экологический риск. Предпосевная бактеризация семян жидким препаратомобеспечивает прибавки урожайности яровой пшеницы по всей почвенно-эрозионной катене. Наибольший положительный эффект от бактеризации, как правило, отмечается на сильноэродированной почве. Предпосевная обработка 1 тонны семян проводится рабочей смесью 1 л жидкого препарата калиймобилизующих бактерий, 1-2 л раствора прилипателя и 3-4 л воды. Бактеризацию семян жидким препаратом проводят непосредственно перед посевом. В качестве прилипателя используют 2,0 водный растворКМЦ. Эффективность предлагаемого решения проверена в полевых и лабораторных опытах. Результаты даны в табл. 1-4. Таким образом, жидкий препарат калиймобилизующих бактерийБИМ В-376 Д в сочетании с рациональной системой удобрения является перспективным средством повышения производительной способности эродированных почв. Повышение эффективности микробной мобилизации калия исключает экологический риск и экономически обосновано. Калиймобилизующие бактерии восполняют потери калия вследствие эрозионных процессов. Пример 1 Исследования проведены в условиях Центральной почвенно-экологической провинции республики на стационаре Стоковые площадки (СПК Щемыслица Минский р-н) на наиболее подверженных водно-эрозионным процессам дерново-подзолистых почвах на лессовидных суглинках. Стационар заложен по геоморфологическому профилю (катене) от водораздельной равнины до подножья склона. Склоны северной и южной экспозиции крутизной 5-6. В стационаре на водораздельной равнине расположена неэродированная почва, в верхней части склона - среднеэродированная, в средней части - сильноэродированная и в нижней части склона - глееватая намытая почва. Агрохимические свойства почвы гумус 0,8-2,5 рН 5,2-5,9 Р 25 290-330 мг/кг и 2 180-230 мг/кг. В соответствии с технологией возделывания яровой пшеницы на дерново-подзолистых суглинистых почвах рекомендуемая доза азотных удобрений составляет в среднем 70-80, дозы фосфорных и калийных удобрений дифференцируются в зависимости от содержания 25 и 2 в почве. Для почв полевого опыта рекомендуемые дозы фосфорных удобрений составляют 50-60, калийных удобрений - 90-110. В нашем эксперименте яровая пшеница возделывалась на фоне органоминеральной системы удобрения, отличающейся пониженной дозой калия в составе полного минерального удобрения. В 2004 г. яровую пшеницу Контесса возделывали на фоне 70405030 т/га навоза. В 2006 г. яровую пшеницу Рассвет возделывали на фоне 80507030 т/га навоза,в 2007 г. сорт Рассвет также возделывали на фоне 80507030 т/га навоза. В среднем дозы минеральных удобрений под пшеницу составили 70-80 40-50 50-70. Следует отметить, что обычные применяемые на практике дозы калия под яровую пшеницу на таких почвах составляют 100-120 кг/га (100-120). 13071 1 2010.04.30 Агрометеорологические условия были благоприятными для развития яровой пшеницы, ГТК в 2004, 2006 и 2007 гг. составили 2,03, 1,85 и 2,0 соответственно при среднемноголетней величине ГТК 1,64. В течение трех лет исследований бактеризация семян жидким препаратом калиймобилизующих бактерий приводила к повышению урожайности яровой пшеницы сортов Контесса и Рассвет на всех элементах склона. На вариантах без внесения калиймобилизующих бактерий отмечено значительное снижение урожайности на сильноэродированной почве. В наиболее благоприятные по погодным условиям годы применение калиймобилизующих бактерий позволило получить на эродированных почвах более высокую урожайность пшеницы, чем на водоразделе (табл. 1). При этом уровень прибавок от бактеризации также был выше (табл.1). Тот факт, что повышение урожайности отмечено по всей почвенно-эрозионной катене,подтверждает наличие и других положительных механизмов действия калиймобилизующих бактерий на бактеризованные растения, кроме мобилизации калия, то есть стимуляцию роста и повышение адаптивных возможностей растений. Таблица 1 Влияние бактеризации на продуктивность яровой пшеницы на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве на легких лессовидных суглинках(Стоковые площадки, фоннавоз, 2004-2007 гг.) Продуктивность,Прибавка от Урожайность, ц/га Почва ц/га к.ед. бактеризаБез бакт. Бактеризация Без бакт. Бактеризация ции, ц/га яровая пшеница Контесса, 2004 г. (70405030 т/га навоза) Неэродированная 62,6 75,1 52,2 62,6 10,4 Среднеэродированная 61,8 72,4 51,5 60,3 8,8 Сильноэродированная 56,0 71,4 46,7 59,5 12,8 Намытая 57,2 68,0 47,7 56,7 9,0 0,5 фактор А (почва) - 5,3 фактор В (бактеризация) - 3,8 яровая пшеница Рассвет, 2006 г. (80507030 т/га навоза) Неэродированная 70,6 74,4 58,8 62,0 3,2 Среднеэродированная 58,6 63,3 48,8 52,8 3,0 Сильноэродированная 56,6 60,7 47,2 50,6 3,4 Намытая 63,0 65,4 52,5 54,5 2,0 05 фактор А (почва) - 3,1 фактор В (бактеризация) - 2,4 яровая пшеница Рассвет, 2007 г. (80507030 т/га навоза) Неэродированная 71,9 79,0 59,9 65,8 5,9 Среднеэродированная 62,3 67,9 51,9 56,6 4,7 Сильноэродированная 54,0 61,7 45,0 51,4 6,4 Намытая 73,6 79,0 61,3 65,8 4,5 05 фактор А (почва) - 4,5 фактор В (бактеризация) - 2,9 Расчет среднегодовой продуктивности яровой пшеницы по трем годам исследований показывает, что использование калиймобилизующих бактерий позволяет повысить продуктивность на средне- и сильноэродированной почвах на 7,0 и 9,1 ц/га к.ед. и получить среднегодовую продуктивность 67,9 и 64,6 ц/га к.ед. соответственно. Наиболее высокие среднегодовые прибавки от бактеризации получены на сильноэродированной почве 9,1 ц/га к.ед., на среднеэродированной - 7,0 ц/га к.ед. и на неэродированной почве 7,8 ц/га к.ед. (табл. 2). 4 13071 1 2010.04.30 Таблица 2 Среднегодовая продуктивность яровой пшеницы на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве на легких лессовидных суглинках(Стоковые площадки, фоннавоз, 2004-2007 гг.) Продуктивность, ц/га к.ед. Прибавка от бактериПочва зации, ц/га к.ед. Без бакт. Бактеризация Неэродированная 68,4 76,2 7,8 Среднеэродированная 60,9 67,9 7,0 Сильноэродированная 55,5 64,6 9,1 Намытая 64,6 71,2 6,6 05 фактор А (почва) - 6,0 фактор В (бактеризация) - 4,9 Пример 2 Проведены лабораторные эксперименты с водными культурами растений яровой пшеницы Рассвет по изучению влияния калиймобилизующих бактерий на развитие надземной части и корневой системы. Опыты с водными культурами позволяют оценить действие бактеризации и показать разницу в развитии инокулированных и неинокулированных растений на начальных стадиях. Установлено положительное влияние бактеризации на объем и массу корней (табл. 2,рис. 1), а также на высоту и массу надземной части растений яровой пшеницы Рассвет(табл. 3). ШтаммБИМ В-376 Д (-81 по лабораторной нумерации) существенно стимулировал развитие корневой системы и надземной части растений. Объем корней инокулированных растений возрастал на 18 , сырая масса - на 24 , сухая масса - на 40(табл. 3, рис. 1). Под действием штамма 81 высота растения увеличивалась в среднем на 8 , сырая масса надземной части на - 18 , сухая масса - на 6(табл. 4). Таблица 3 ВлияниеБИМ В-376 Д на корневую систему яровой пшеницы Варианты опыта Объем корней Сырая масса Сухая масса 3 см Контроль 100 100 100 0,0990,005 112,517,5 6,31,2118 124 140 0,1170,015 145,012,5 8,81,2 ВлияниеБИМ В-376 Д на надземную часть растений яровой пшеницы Высота растения Сырая масса Варианты опыта см Эксперимент показывает преимущества в развитии корневой системы бактеризованных растений яровой пшеницы по сравнению с контрольными растениями (фигура). Предпосевная инокуляция семян штаммами с высокой активностью калиймобилизации создает условия для обеспечения калием, начиная с ранних стадий развития растений. При дефиците калия в начальных фазах вегетации корневая система развивается слабо и не обеспечивает хорошего питания из почвы. С практической точки зрения инокуляция семян калиймобилизующими бактериями представляет перспективный элемент биотехнологии, способствующий устранению дефицита калия и эффективному использованию его почвенных запасов. 5 13071 1 2010.04.30 Таким образом, калиймобилизующие бактерии за счет стимуляции развития корней повышают адаптивные возможности инокулированных растений, что приводит к улучшению минерального питания и определяет положительное влияние на урожайность. Источники информации 1. Проектирование противоэрозионных комплексов и использование эрозионноопасных земель в разных ландшафтных зонах Беларуси. Рекомендации/А.Ф. Черныш,В.В. Лапа, С.А. Касьянчик, А.В. Юхновец, Устинова, А.Э. Дубовик, Ю.А. Чижиков,М.Л. Мандрик, Аношко, Ю.П. Качков РУП Институт почвоведения и агрохимии НАН Беларуси Под общ. ред. А.Ф. Черныша. - Мн., 2005. - С. 52. 2. Агрохимия. И.Р.Вильдфлуш, С.П.Кукреш, В.А.Ионас, С.М.Камасин, А.А.Каликинский, И.М.Богдевич, В.В.Лапа. - Мн. Ураджай, 1995. - С. 156. 3. Горбунов Н.И. Минералогия и коллоидная химия почв. - М. Наука, 1978. - С. 23-32. 4. Михайловская Н.А., Богдевич И.М., Лученок Л.Н., Журавлева О.В., Барашенко Т.Б.,Курилович Н.Н., Дюсова С.В. Патент РБ 9646 от 2005.03.10 Штамм бактерийБИМ В-376 Д для бактеризации семян зерновых культур // АБ 4(57). 2007. - С. 112. 5.К.,Е.А. //. .. . - 1987. - . 687. 6. Современные ресурсосберегающие технологии производства растениеводческой продукции в Беларуси. Национальная академия наук, РУП Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию. - Мн. ИВЦ Минфина, 2007. - С. 128-138. ВлияниеБИМ В-376 Д на развитие корневой системы яровой пшеницы Рассвет (лабораторный опыт с водными культурами, 2006) Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6